不同强度石膏试件蠕变特性实验研究

近些年来,蠕变一直是国内外研究的热点问题。工程中使用的建筑材料强度不同,蠕变性能也会大大不同,建筑材料产生的蠕变会影响建筑整体质量。由于某些建筑物需长期使用,因此研究建筑材料在压力下的蠕变很有必要,本实验目的主要是研究在不同强度(不同配合比)下的石膏试件蠕变的特性,并采用深部TP耦合气体逸出试验系统进行轴向压缩蠕变实验,探究不同强度石膏试件的蠕变性能。研究结果表明:水膏比越小,单位长度的压缩增量越小,内部形变越微弱,蠕变量呈减小状态,蠕变过程直至材料损坏的时间越长。

亚铁氰化钾对氯化钠的结晶抑制作用

目的:提出了1种新的利用K_4Fe(CN)_6的结晶抑制作用脱出石材孔隙NaCl可溶盐的方法.方法:通过X线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FSEM)对脱盐样品进行表征.以山西砂岩和四川砂岩为例,研究了不同的孔隙结构对K_4Fe(CN)_6结晶抑制性能的影响,初步探讨了K_4Fe(CN)_6对NaCl的结晶抑制作用的过程和机理.结果:K_4Fe(CN)_6对Na^+具有吸附作用,这阻碍了离子的迁移,抑制晶核的形成,在结晶过程中使Na Cl由原来的立方晶型变成树枝状晶型,促使晶体不均衡性生长形成树枝状结构,发生"盐岩蠕变",石材毛细管结构越丰富,越利于盐岩蠕变的发生.结论:在一定浓度范围内,K_4Fe(CN)_6的浓度越大,Na Cl在岩石表面析出的量越多.考虑到脱盐后岩石表面的状况和孔隙残留量,选取0.01 mol/kg K_4Fe(CN)_6溶液作为最佳脱盐浓度.

深层盐膏岩蠕变特性研究及其在钻井中的应用

由于盐膏层易发生蠕变,钻井过程中易发生井眼闭合、卡钻等井下事故和复杂情况。为此,通过盐膏岩蠕变试验研究,分析了深井盐膏层三维蠕变压力,建立了蠕动方程及钻井液密度图谱,结合对盐膏层溶解规律的研究,从力学和化学两方面提出了确定钻井液密度的方法,并优选出了适合塔河油田盐膏层钻井的聚磺硅酸盐欠饱和盐水钻井液体系。研究成果在30多口井盐膏层钻井中得到了成功应用。

盐穴储气库溶腔收缩规律分析

盐穴储气库在运行过程中溶腔周围的盐层受到地层压力和溶腔内压的多重作用而产生应力变化。由于盐层具有蠕变特性,并且溶腔内压力始终小于周围岩层的地层压力,因此溶腔周围盐层会产生指向溶腔内部的位移而导致溶腔收缩,从而引发储气库单腔库容和工作气量的变化。溶腔的收缩可以通过盐层蠕变测试结合数值模拟进行预测。通过对国内某盐穴储气库实际岩石力学参数测定和溶腔运行模拟预测发现,溶腔建成初期有一个短暂的快速收敛阶段,后期收敛速度较为平稳并有逐步减缓的趋势。运行10年,溶腔的体积缩小逾8%,对应的储气库库容和工作气量也将减少8%以上。因此在盐穴储气库运行的初期,必须密切注意溶腔蠕变,制定合理的运行参数,确保溶腔快速收缩阶段的溶腔稳定。在中后期必须新建溶腔,以弥补因溶腔收缩而减少的库容量及工作气量。

天然与饱水状态下石膏岩蠕变试验研究

石膏岩的饱水软化蠕变特性是影响石膏矿采空区安全评价的重要因素。以荆门石膏矿岩为研究对象,开展天然与饱水状态下的单试样逐级增量加载试验,分析了饱水软化作用下石膏岩的蠕变特性,选取西原模型描述石膏岩的本构关系。分析结果可得,饱水试样总蠕变量大于天然试样;饱水试样蠕变破坏强度(11 MPa)是天然试样蠕变破坏强度(21.5 MPa)的0.54倍,长期强度(10 MPa)是天然试样长期强度(19.5 MPa)的0.49倍。利用西原模型对蠕变曲线进行拟合并分析拟合参数可知,饱水试样参数E_1是天然试样的0.1~0.5倍,η_1是天然试样的0.2~0.7倍,E_2是天然试样的2~10倍。以上结论均表明饱水试样的蠕变特性更加明显。分析讨论饱水软化作用对石膏岩蠕变特性影响机制可知,荆门石膏岩软化作用主要由物理软化作用及化学软化作用耦合而成,物理软化作用主要为静水作用下的孔压效应,化学软化作用主要为石膏岩的重结晶作用。试验分析结果可为石膏矿采空区安全评价提供依据,具有重要的工程实际意义。

一种岩石损伤流变模型及数值分析

根据石膏角砾岩的蠕变特性,建立石膏角砾岩的损伤流变模型;推导有限元计算中黏弹塑性损伤流变模型黏性应变的计算公式,结合初应变法的基本原理,分析模型的有限元求解过程;用MATLAB编制了损伤流变模型的平面应变有限元计算程序。利用编制的程序对石膏角砾岩蠕变试验进行有限元分析,有限元计算结果与蠕变试验结果吻合得较好,表明采用统计损伤理论研究岩石的非线性流变是可行、有效的。

石膏矿岩三轴压缩蠕变特性试验研究

石膏矿开采多采用房柱法,其蠕变特性对采空区稳定性有重要影响。以荆花石膏矿为背景,利用RC-2000微机控制岩石三轴蠕变试验机,结合具体工程情况,对荆花石膏矿岩进行围压分别为0、2.5、5.0、7.5 MPa的蠕变试验。分析了所得的蠕变试验数据,选取合适的模型对试验曲线进行拟合,利用等时应力-应变曲线簇法求得在不同围压下的长期强度。分析可知,荆花石膏矿蠕变包含衰减蠕变和等速蠕变2个阶段,轴向应力较小时只出现衰减蠕变,轴向应变增大到一定程度时将出现衰减蠕变和等速蠕变2个阶段。选择西原模型对试验曲线进行拟合结果表明,西原模型能较好地描述石膏矿的蠕变力学特性,拟合相关系数R均大于0.9;在不同围压情况下长期强度与蠕变强度的比值为0.89~0.95,即围压对长期强度的影响不大。研究结论能为石膏矿采空区的稳定性分析提供依据。

非等距时间序列的灰色预测模型及其在蠕变断裂中的应用

本文给出了非等距时间序列的灰色预测模型,讨论了该模型的灰色预测平面和最优预测函数,最后将该模型应用于符合Burgers模型的石膏材料的蠕变断裂,并验证了该方法的可行性。

川东气田盐岩、膏盐岩蠕变特性试验研究

对川东气田盐岩、膏盐岩进行了矿物组分测定,采用TAW-1000深水孔隙压力伺服试验系统进行了蠕变试验,分析了固有的矿物组分及偏应力、温度、围压对蠕变的影响,结合蠕变曲线和岩石参数,提出了稳态蠕变速率本构方程。研究表明:川东气田盐岩、膏盐岩矿物组分以NaCl、CaSO4为主,其中NaCl含量最高可达93%以上;岩石固有的矿物组分是影响岩石蠕变特性的内因,随NaCl含量增加,瞬态蠕变、稳态蠕变速率相应增大;随偏应力、温度的增加稳态蠕变速率增大,围压对其影响不大;通过试验数据拟合得出赫德(Heard)蠕变本构方程中的参数,求出不同偏应力、温度下盐岩、膏盐岩的稳态蠕变速率,为川东气田盐岩、膏盐岩地层安全钻进泥浆密度窗口计算和套管非正常变形分析提供了理论依据。

川东深层盐膏岩蠕变特性实验研究

埋藏深度较深的盐膏层受到高温和较大地应力的作用,会表现出塑性特性,在井眼钻开后发生蠕变,引起阻卡、套管变形等问题。掌握盐膏岩的蠕变参数是进行钻井液密度设计和套管选材的基础工作之一。通过对普光气田3920～3950m盐膏岩进行蠕变实验,表明该气田深层盐膏岩蠕变规律符合Heard模式,并得出了Heard模式下的蠕变参数。根据力学模型分析,若在盐膏岩层段采用饱和盐水钻井液体系,保证钻井安全条件下需要较高的钻井液密度。

高埋深储层膏质泥岩蠕变力学特性试验研究

泥岩作为油气储层常见复杂介质,深部高温、高压环境下蠕变力学特性异常复杂,是引起套管损伤破坏的重要因素。以深部油气藏工程含膏质泥岩为研究对象;分别开展了温度为130℃、围压为30 MPa作用下三轴压缩和不同应力水平的三轴蠕变试验,结果表明,该泥岩呈非均质性不明显、具有较大塑性压缩和延性扩容变形、峰值强度略低等软岩力学特性;且轴向和侧向峰值应变达1.5%,峰值强度为74 MPa。泥岩力学特性表现出明显的时间效应,蠕变应力阀值较低;应力和持时对蠕变特性存在显著影响,低应力、长时间作用下泥岩亦呈现显著的稳态蠕变和加速蠕变破坏;且加速蠕变起始时间随应力增加呈指数降低关系;探讨了泥岩强度损伤和加速蠕变特性,认为泥岩内部蠕变损伤变量可用指数函数予以描述,且加速蠕变变形为应力与时间的二元指数函数。相关成果旨在为深部泥岩油气藏套管工程长期稳定分析及蠕变模型构建提供可靠的依据。

浅埋灰石膏矿岩单轴蠕变特性试验研究

在分级加载条件下对山东峄城区浅埋地下开采石膏矿采空区的灰石膏矿岩进行单轴压缩蠕变试验。通过对实验结果的分析,发现该石膏矿岩的蠕变破坏特性,第一阶段蠕变时间短暂,即刻转入第二稳定蠕变阶段,所加荷载超过极限值时,迅速发生破坏,没有明显的第三蠕变阶段,属于韧-脆性破坏。通过放大加载曲线发现,蠕变过程中始终有微破裂发生。瞬时变形模量具有应变硬化的特点。长期压缩蠕变强度为瞬时抗压强度的70.62%至72.05%。计算结果表明,多项式经验模型和西原体模型能描述石膏矿岩前两个阶段的蠕变过程,试验曲线与计算曲线吻合较好,但不能描述第三蠕变阶段的破坏特点。根据试验所得参数,利用FLAC3D软件自定义黏弹塑性蠕变模型,模拟了石膏矿岩的蠕变行为。

深井巴东4井盐膏层钻井液技术

巴东 4井位于塔里木盆地西南凹陷玛扎克塔克构造带乌山构造 ,完钻井深 680 0m ,钻遇埋藏深、厚度大的寒武系盐膏层 ,其间夹杂厚度不等且裂缝发育的白云岩、红色泥岩等 ,易发生井壁坍塌、井漏、缩径和卡钻等钻井复杂情况 ,钻井液流变性维护难度大。该文介绍了成功使用欠饱和盐水钻井液及维护其流变性的方法 。

四川地区膏盐层对套管的影响分析

四川地区膏盐层广泛分布 ,膏盐层蠕变挤毁套管的客观条件是存在的。但是实钻资料表明 ,四川地区膏盐层套管挤毁现象需要满足一定条件才会发生。根据实钻资料和盐岩蠕变实验数据 ,利用相关分析方法 ,就四川地区膏盐层对套管的影响问题进行研究 ,指出大厚度、高纯度盐岩和非均布地应力以及不当的工程措施是蠕变挤毁套管的基本条件。分析结果为解决套管挤毁问题提供了良好的基础。

盐膏层油水井套管损坏机理研究

中原油田大部分油水井套管的损坏发生在盐膏层段,造成套管损坏的根本原因是盐膏层的蠕变.通过盐岩的三轴蠕变实验,建立盐岩变形的本构关系;通过数值模拟计算岩盐蠕变的速度、位移及作用在套管上的非均匀外挤力.

深层膏质泥岩蠕变特性及非线性蠕变模型研究

泥岩作为油气储层常见复杂介质,在深部高温、高压环境下蠕变力学特性异常复杂,是引起套管损伤破坏的重要因素。以深部油气藏工程含膏质泥岩为研究对象,首先开展了高温为130℃、高围压为30 MPa、不同偏应力水平下多试样、单级加载三轴蠕变试验。该泥岩呈显著的时效力学特性,蠕变应力阀值较低,应力和持时对蠕变特性存在显著影响,低应力、长时间作用下泥岩亦呈现明显的稳态蠕变和加速蠕变破坏,且加速蠕变起始时间随应力增加呈指数降低关系。其次探讨了泥岩加速蠕变和强度损伤特性,提出了蠕变损伤起始时间概念,认为泥岩内部蠕变损伤变量可用指数函数予以描述。最后,基于蠕变损伤变量和起始时间,构建考虑泥岩加速蠕变的非线性改进Burgers蠕变模型,对蠕变参数开展辨识和分析,所选模型可准确地对深层膏质泥岩蠕变特性进行描述。研究成果旨在为深部泥岩油气藏套管工程长期稳定分析及安全评价提供可靠的依据。

复合盐膏层井眼缩径机理与对策分析

目前,在非均匀地应力和考虑盐膏层与软泥岩互层蠕变相互影响的条件下,对控制复合盐膏层井眼缩径的合理钻井液密度的确定方法研究较少。为此,文中以Buzurgan油田复合盐膏层井眼缩径问题为例,在岩石力学实验的基础上,建立了盐层-软泥岩-盐层的三维FLAC3D复合盐膏层模型,并编制了控制复合盐膏层井眼缩径安全钻井密度图版。结果表明:在相同钻井液密度条件下,最小水平地应力方位井眼缩径率高于最大水平地应力方位井眼,而软泥岩夹层井眼缩径速率高于盐岩地层井眼,软泥岩蠕变是造成Buzurgan油田复合盐膏层井眼缩径的主要原因;为控制井眼缩径,钻井液密度应取2.35 g/cm^3;控制复合盐膏层井眼缩径的同时,要提高钻井液的矿化度、降滤失性和封堵性,抑制软泥岩的蠕变。研究成果复合盐膏层的安全钻进提供了技术支撑。

复合盐饱和盐水钻井液在利97井中的应用

利97井是胜利油田布署的一口钻探盐下油气藏的重点探井,共钻遇3套盐膏层,盐膏层总厚度达600m,其井段岩性主要为盐膏岩、膏泥岩、纯盐岩及红色、灰色泥岩。根据该井地质特点和施工要求,配制复合盐饱和盐水钻井液体系,并进行热稳定性和抗污染性实验,在该井三开井段(2850～3915m)应用,取得良好效果。有效抑制了泥岩段地层黏土矿物的水化膨胀,钻井过程中无掉块,起下钻顺利;盐膏层钻井过程中,用Na2SO4控制钻井液中Ca2+含量,很好地控制了钻井液流变性和滤失量,减少了采用纯碱控制Ca2+含量对钻井液流变性造成的不利影响;用饱和盐水钻井液控制Cl-的浓度,使其一直处于饱和状态,钻井液未对井壁溶蚀,电测解释井眼相对规则;三开钻进、电测、完井及取心都非常顺利(盐膏层取心2次),表明复合盐饱和盐水钻井液体系适合该区块的钻井施工,值得推广应用。

塔河油田S106井盐膏层钻井复杂情况对策

S1 0 6井是塔里木盆地沙雅隆起塔里木乡构造上的一口探井 ,该地区盐膏层埋藏深 ,厚度大 ,受高温高压等因素的影响 ,钻井矛盾较为突出。通过对S1 0 6井盐膏层 ( 5 1 42～5 4 0 2m)钻井过程中出现的井漏、掉钻具、侧钻等复杂情况的分析 ,总结了该地区盐膏层钻井难点的解决方法 ,探讨了该地区盐膏层的钻井技术。

双级箍固井技术在固2井盐膏层中的应用

固2井的盐膏层纯度高,蠕动能力强,钻进过程中出现憋跳钻、接单根挂卡、起下钻遇阻、遇卡等各种复杂情况,盐膏层蠕变和挤压也会造成套管下入困难,甚至挤毁套管,因此含膏盐层段的固井质量是下一步作业和完井的关键。通过分析该井存在的固井难点,进行了固井套管串结构、水泥浆液柱结构优化及双级箍选型,应用性能优良的盐水水泥浆体系,提高了盐膏层段固井质量。